浅谈小断面隧洞开挖施工方法

于成博

摘要：小断面长隧洞是水电工程中必不可少的工程项目。本文即结合具体工程案例详细阐述了小断面长隧洞快速施工的优化技术措施。

关键词：小断面；长隧洞；钻孔；爆破；通风

一、工程施工概况

山西省辛安泉供水改扩建工程长治支线隧洞施工标隧洞总长6584.47m，共布置3个工区（进口、出露段、出口），4个工作面（隧洞进口、出露段上游、出露段下游、隧洞出口），隧洞进口至出露段上游开挖支护1963.8m，隧洞出露段下游至隧洞出口开挖支护4523.34m。隧洞围岩总体较差，隧洞开挖出现煤层、渗水、岩溶、溶腔等不良地质，施工条件差。隧洞出露段下游至隧洞出口开挖是本工程的关键控制性工期，隧洞断面小（最大宽度3.5m，最大高度3.885m），无法采用大型机械设备施工，施工效率较低，独头通风压力大。

二、隧洞开挖采用施工方法

隧洞开挖采用“新奥法”施工，全断面光面爆破，楔型掏槽，YT-28型手持风钻钻孔，自制可拆卸施工作业平台，无轨运输出渣，采用装载机配合电动扒渣机装2-3m3自卸汽车出渣。

（一）测量放线

控制点测量采用全站仪，进洞后洞内安装红外线导向仪进行隧洞掌子面开挖控制，每次钻孔前采用圆心法和支距法进行放线，采用红油漆在开挖掌子面上标示开挖轮廓线，定期采用全站仪对隧洞内红外线导向仪进行检查、复核和对隧洞断面进行测量。

（二）钻孔爆破作业

钻孔采用YT-28型手持风钻钻孔，全断面一次开挖爆破成型。掏槽孔采用楔型掏槽，掏槽孔钻孔深度2.5m，辅助孔钻孔深度2.2m，周边孔钻孔深度2.0m；掏槽孔、辅助孔采用连续装药，周边孔采用光面爆破间隔装药。

（三）隧洞通风

隧洞通风采用压入式轴流风机独头通风。

（四）找顶安全排除

隧洞爆破通风后，对隧洞拱顶危石进行排查找顶，发现隐患及时排除处理，出渣完成后，再次进行排险和安全检查，为下一步施工做好安全防范和施工准备。

（五）出渣方式

采用装载机配合电动扒渣机装渣，开挖工作面距离错车洞小于70m时，装载机出渣优于扒渣机，随着开挖工作面距离错车洞大于100m时，扒渣机的优于装载机。

（六）隧洞立拱支护

拱架采用I14工字钢加工，经统计土洞立拱支护需要3个小时，岩洞立拱支护需要3.5个小时。

（七）喷射混凝土

隧洞喷射混凝土采用潮喷，根据统计土洞每循环喷护需要3.5小时，Ⅴ类围岩每循环喷护需要3.5小时，Ⅲ类围岩每循环喷护需要2小时。

各级围岩每循环开挖时间统计表单位：h

项目土洞V级围岩III级围岩备注开挖233含装药时间出碴2.533含找顶时间立拱33.5喷射混凝土3.532总计1112.58

三、施工中存在的问题

根据项目施工实际情况，项目施工过程中主要存在以下几方面问题；

（一）出渣问题

由于采用20装载机配合电机扒渣机装渣，自卸汽车出渣，设备质量较差，运用2-3个月后，虽然经常进行检修，但也经常出现损坏现象，影响施工进度。

（二）通风问题

洞内烟尘主要为爆破后的炮烟和出渣设备尾气。实际施工过程中洒水扑尘不到位，车辆未加装尾气过滤装置，随着隧洞开挖进尺的不断延长，通风排烟时间也就越来越长。虽然可以设置串联通风设备，但受电压影响，可能无法达到理想状态，随着开挖深度越长，开挖通风时间占据开挖循环时间的比例越大。

（三）洞内电源电压问题

随着隧洞开挖的延伸，洞内电压不断的下降，洞挖后期会出现电压不足，洞内设备无法正常启动运转，严重影响隧洞开挖。

四、隧洞施工方案优化

根据项目实际施工情况和成本分析得出，中小型长隧洞开工需从以下几个方面进行改进优化；

（一）设置施工支洞，长洞短打

设置施工支洞有以下好处：①开票多个工作面，实现“长洞短打”以缩短工期（独头掘进控制在1000m左右比较适合）；②有利于隧洞通风、排烟；③有利于出渣。设置施工支洞应以均衡施工为原则，既要快又要经济。支洞多，主洞工作面就多，有利于主洞施工进度，但增加了临时工程量，不利于经济施工。反之，支洞少或不设支洞，主动工作面少，不利于主动施工，后期施工影响因素较多。

（二）施工机械设备选型

1.钻孔设备选择

尽管多臂钻钻孔快，手持风钻钻孔慢，但由于隧洞内空间小，单位面积的钻孔数比大洞多，多臂钻的效率不能充分发挥；自制可拆卸施工作业平台，采用手持风钻通过长、短钎的作业方式，可以充分发挥手持风钻的优势，故优先考虑手持风钻。

2.出渣设备配套

出渣工序是控制施工进度的关键环节，出渣设备选型是否得当，直接影响施工进度。一般选用电动扒渣机配合小型自卸车，或选用小型装载机配合小型自卸车；经我项目统计验证，小型装载机配合扒渣机装渣，小型自卸车出渣，开挖出渣效率较高。若条件允许，考虑通风排烟问题，首先考虑有轨运输，轨道为轻轨，单轨铺设，每200m设置20m长的会车道，有利于后期施工设备维修、保养，有轨运输设备故障率远远低于无轨运输。

（三）辅助设施配置

1.通风、排烟

开挖炮烟是否尽快吹散排出洞外，决定下到工序是否可以及时进行。经走访其他工地，结合目前实际情况和查阅资料证明，混合式供风效果较好，混合式是指吹吸结合通风；之外，洞内设置专人洒水扑尘，车辆尾部加装过滤装置等设施，加强除尘排烟效果。

2.供电

供电的最大困难是线路损耗较大。减少线路损耗的影响，可采用电阻较小的铜芯电缆，减少线路损耗；也可采用线路末端设升压变压器的方法，保证施工设备的正常使用。

（四）爆破循环控制

由于隧洞施工地质差别，按照已定的爆破设计并不一定能达到最好是爆破效果。在施工过程中，应根据实际地质围岩情况，及时调整爆破参数，以取得最佳爆破效果。开挖进尺为一种重要的爆破参数，应与循环时间协调考虑，以取得最佳循环进尺。

五、结语

小断面隧洞施工，我们认为设备的选型是确保施工的关键，正确合理的设备的选型及搭配可以保证正常施工进度，合理科学的人员、设备、机械调派才能更有效的提高生产，施工从各个环节抓起，才能取得更好的效益。

参考文献：

[1]周长春.小型断面隧洞快速衬砌施工的方法[J].科技资讯.2013(32)

[2]王鑫,张保圆,王博.隧道简易钢模台车混凝土衬砌施工技术[J].现代隧道技术.2010(05)